微納光機械系統(tǒng)的量子動力學研究.pdf

1、最近幾年，光學腔和機械系統(tǒng)的耦合引起了人們的廣泛關注，由一個光學諧振腔和一個機械振子構(gòu)成的腔光機械系統(tǒng)更是成為了一個新的研究熱點。最近，光機械系統(tǒng)中的強耦合效應，光機械冷卻，以及系統(tǒng)中類似于電磁誘導透明的現(xiàn)象被實驗證實，為將來的量子通訊、信息傳輸?shù)葢瞄_辟了道路。本文中所研究的光機械系統(tǒng)即是光學自由度和機械自由度相耦合的系統(tǒng)。本文中，通過求解海森堡運動方程，我們研究了三種典型光機械系統(tǒng)中的光機械動力學行為，研究內(nèi)容與結(jié)論如下：
　

2、　（1）研究由輻射壓力與驅(qū)動Fabry-Perot光學腔相耦合而產(chǎn)生的腔光機械動力學行為。發(fā)現(xiàn)隨著輸入激光功率的增加，振子的漲落光譜呈現(xiàn)簡正模式分裂的現(xiàn)象。同時推導了有效機械阻尼和共振頻移。此外引入一種近似機制來研究振子的基態(tài)冷卻，并且考慮在解析邊帶機制下簡正模式分裂對機械振子冷卻影響。最后數(shù)值討論初始浴溫度、輸入激光功率和機械品質(zhì)因數(shù)這三個因素對機械振子冷卻的影響。結(jié)果表明在低初始溫度、高輸入激光功率和高機械品質(zhì)因數(shù)條件下，光機械振子

3、可以被冷卻到基態(tài)。
　　（2）在Fabry-Perot光機械腔中,從光機械系統(tǒng)的哈密頓量出發(fā)，探討在失諧的條件下光機械腔中的量子現(xiàn)象。引入散射矩陣方案來論證光子和聲子以有效并且可逆的方式轉(zhuǎn)換。這對于光學光子和微機械陣子之間的量子態(tài)的轉(zhuǎn)變提供了一個可行的方案。光聲轉(zhuǎn)變預示著一種可行的量子光學器件。同時用量子郞之萬方法和主方程途徑這兩種方法推導最終聲子占有數(shù)來研究基態(tài)冷卻，并且對這兩種方法進行了參數(shù)比較。得出當機械品質(zhì)因數(shù)不是很大、初

4、始浴溫度較高和輸入激光功率較大時，用量子郞之萬方法得到的機械振子的冷卻要比用主方程途徑得到的結(jié)果要好。
　?。?）我們通過線性化量子郎之萬方程研究了一維傳輸線共振器和Fabry-Perot光機械腔中的簡正模式分裂和冷卻，并對這兩種光機械系統(tǒng)做了比較。在低初始溫度和高品質(zhì)因數(shù)下振子可以被冷卻?？紤]到機械振子的尺寸和與預冷卻技術，傳輸線共振器比光學腔較容易實現(xiàn)基態(tài)冷卻。
　?。?）設計了一種回音壁腔光機械系統(tǒng)，研究了失諧回音壁腔

5、中的光機械動力學行為。在單模腔光機械系統(tǒng)中，腔透射和反射呈現(xiàn)“M”和“W”形狀模式分裂。當同時存在探測光和控制光的時，探測場呈現(xiàn)類似于電磁誘導透明的現(xiàn)象。我們的結(jié)果證明可以通過光機械系統(tǒng)來實現(xiàn)相干操縱光而不需要原子共振來實現(xiàn)共振干涉。然而由于光的剩余散射導致腔中出現(xiàn)一對駐波模，此時透射和反射呈現(xiàn)三模分裂。通過操縱回音壁光機械系統(tǒng)使光學處理成為可能，而延遲、減慢和存儲光脈沖可以通過光機械器件來實現(xiàn)。同時拓寬了光機械系統(tǒng)在光學通訊和量子信息